203288dc9a05b96d3bd0f02100337991c3a57ed9
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / CallGraph.h
1 //===- CallGraph.h - Build a Module's call graph ----------------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very
11 // useful tool for interprocedural optimization.
12 //
13 // Every function in a module is represented as a node in the call graph.  The
14 // callgraph node keeps track of which functions the are called by the function
15 // corresponding to the node.
16 //
17 // A call graph may contain nodes where the function that they correspond to is
18 // null.  These 'external' nodes are used to represent control flow that is not
19 // represented (or analyzable) in the module.  In particular, this analysis
20 // builds one external node such that:
21 //   1. All functions in the module without internal linkage will have edges
22 //      from this external node, indicating that they could be called by
23 //      functions outside of the module.
24 //   2. All functions whose address is used for something more than a direct
25 //      call, for example being stored into a memory location will also have an
26 //      edge from this external node.  Since they may be called by an unknown
27 //      caller later, they must be tracked as such.
28 //
29 // There is a second external node added for calls that leave this module.
30 // Functions have a call edge to the external node iff:
31 //   1. The function is external, reflecting the fact that they could call
32 //      anything without internal linkage or that has its address taken.
33 //   2. The function contains an indirect function call.
34 //
35 // As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
36 // function.  These will be used when we can prove (through pointer analysis)
37 // that an indirect call site can call only a specific set of functions.
38 //
39 // Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
40 // of all of the caller-callee relationships, which is useful for
41 // transformations.
42 //
43 // The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
44 // CallGraph is, which it currently does by looking for a function named 'main'.
45 // If no function named 'main' is found, the external node is used as the entry
46 // node, reflecting the fact that any function without internal linkage could
47 // be called into (which is common for libraries).
48 //
49 //===----------------------------------------------------------------------===//
50
51 #ifndef LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
52 #define LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
53
54 #include "llvm/ADT/GraphTraits.h"
55 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
56 #include "llvm/Pass.h"
57 #include "llvm/Support/CallSite.h"
58
59 namespace llvm {
60
61 class Function;
62 class Module;
63 class CallGraphNode;
64
65 //===----------------------------------------------------------------------===//
66 // CallGraph class definition
67 //
68 class CallGraph {
69 protected:
70   Module *Mod;              // The module this call graph represents
71
72   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
73   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
74
75 public:
76   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
77   //===---------------------------------------------------------------------
78   // Accessors...
79   //
80   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
81   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
82
83   /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
84   ///
85   Module &getModule() const { return *Mod; }
86
87   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
88   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
89   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
90   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
91
92   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
93   // function
94   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
95     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
96     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
97     return I->second;
98   }
99   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
100     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
101     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
102     return I->second;
103   }
104
105   //Returns the CallGraphNode which is used to represent undetermined calls 
106   // into the callgraph.  Override this if you want behavioural inheritance.
107   virtual CallGraphNode* getExternalCallingNode() const { return 0; }
108   
109   //Return the root/main method in the module, or some other root node, such
110   // as the externalcallingnode.  Overload these if you behavioural 
111   // inheritance.
112   virtual CallGraphNode* getRoot() { return 0; }
113   virtual const CallGraphNode* getRoot() const { return 0; }
114   
115   //===---------------------------------------------------------------------
116   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
117   // modified.
118   //
119
120   /// removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
121   /// it.  Because this removes the function from the module, the call graph
122   /// node is destroyed.  This is only valid if the function does not call any
123   /// other functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to
124   /// do this is to dropAllReferences before calling this.
125   ///
126   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
127   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
128     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
129   }
130
131   /// changeFunction - This method changes the function associated with this
132   /// CallGraphNode, for use by transformations that need to change the
133   /// prototype of a Function (thus they must create a new Function and move the
134   /// old code over).
135   void changeFunction(Function *OldF, Function *NewF);
136
137   /// getOrInsertFunction - This method is identical to calling operator[], but
138   /// it will insert a new CallGraphNode for the specified function if one does
139   /// not already exist.
140   CallGraphNode *getOrInsertFunction(const Function *F);
141   
142   //===---------------------------------------------------------------------
143   // Pass infrastructure interface glue code...
144   //
145 protected:
146   CallGraph() {}
147   
148 public:
149   virtual ~CallGraph() { destroy(); }
150
151   /// initialize - Call this method before calling other methods, 
152   /// re/initializes the state of the CallGraph.
153   ///
154   void initialize(Module &M);
155
156   virtual void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
157   void print(std::ostream *o, const Module *M) const { if (o) print(*o, M); }
158   void dump() const;
159   
160   // stub - dummy function, just ignore it
161   static int stub;
162 protected:
163
164   // destroy - Release memory for the call graph
165   virtual void destroy();
166 };
167
168 //===----------------------------------------------------------------------===//
169 // CallGraphNode class definition
170 //
171 class CallGraphNode {
172   Function *F;
173   typedef std::pair<CallSite,CallGraphNode*> CallRecord;
174   std::vector<CallRecord> CalledFunctions;
175
176   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
177 public:
178   //===---------------------------------------------------------------------
179   // Accessor methods...
180   //
181
182   typedef std::vector<CallRecord>::iterator iterator;
183   typedef std::vector<CallRecord>::const_iterator const_iterator;
184
185   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
186   Function *getFunction() const { return F; }
187
188   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
189   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
190   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
191   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
192   inline bool empty() const { return CalledFunctions.empty(); }
193   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
194
195   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
196   //
197   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const {
198     return CalledFunctions[i].second;
199   }
200
201   /// dump - Print out this call graph node.
202   ///
203   void dump() const;
204   void print(std::ostream &OS) const;
205   void print(std::ostream *OS) const { if (OS) print(*OS); }
206
207   //===---------------------------------------------------------------------
208   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
209   // modified
210   //
211
212   /// removeAllCalledFunctions - As the name implies, this removes all edges
213   /// from this CallGraphNode to any functions it calls.
214   void removeAllCalledFunctions() {
215     CalledFunctions.clear();
216   }
217
218   /// addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
219   /// one.
220   void addCalledFunction(CallSite CS, CallGraphNode *M) {
221     CalledFunctions.push_back(std::make_pair(CS, M));
222   }
223
224   /// removeCallEdgeTo - This method removes a *single* edge to the specified
225   /// callee function.  Note that this method takes linear time, so it should be
226   /// used sparingly.
227   void removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
228
229   /// removeAnyCallEdgeTo - This method removes any call edges from this node to
230   /// the specified callee function.  This takes more time to execute than
231   /// removeCallEdgeTo, so it should not be used unless necessary.
232   void removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
233
234   friend class CallGraph;
235
236   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function.
237   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
238 };
239
240 //===----------------------------------------------------------------------===//
241 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
242 // graphs by the generic graph algorithms.
243 //
244
245 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
246 // traversals.
247 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
248   typedef CallGraphNode NodeType;
249
250   typedef std::pair<CallSite, CallGraphNode*> CGNPairTy;
251   typedef std::pointer_to_unary_function<CGNPairTy, CallGraphNode*> CGNDerefFun;
252   
253   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
254   
255   typedef mapped_iterator<NodeType::iterator, CGNDerefFun> ChildIteratorType;
256   
257   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
258     return map_iterator(N->begin(), CGNDerefFun(CGNDeref));
259   }
260   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) {
261     return map_iterator(N->end(), CGNDerefFun(CGNDeref));
262   }
263   
264   static CallGraphNode *CGNDeref(CGNPairTy P) {
265     return P.second;
266   }
267   
268 };
269
270 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
271   typedef const CallGraphNode NodeType;
272   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
273
274   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
275   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
276   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
277 };
278
279 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
280   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
281     return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
282   }
283   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
284   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
285
286   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
287   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
288   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
289     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
290   }
291   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
292     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
293   }
294
295   static CallGraphNode &CGdereference(PairTy P) {
296     return *P.second;
297   }
298 };
299
300 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
301   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
302   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
303     return CGN->getExternalCallingNode();
304   }
305   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
306   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
307   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
308   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
309 };
310
311 } // End llvm namespace
312
313 // Make sure that any clients of this file link in CallGraph.cpp
314 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(CallGraph)
315
316 #endif